Le procédé de transformation par cintrage Des applications...

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LeprocédédetransformationparcintrageDesapplicationsinnovantespossiblespourl’aluminiumPar Yves Archambault, chargé de projets, Alcoa Innovation

Danscetarticle,nousallonsfaireunsurvolrapideetillustréduprocédédecintrage,appliquéàdesprofilésd’aluminiumextrudé.Nousverronsaussileslimitesthéoriquesduprocédéimpliquantquelquesalliagescourants.L’objectifviséestdedonneruneinformationgénéralepermettantd’éviterdessituationsoù,àl’issued’unprocessusdeconception,unecomposantes’avéreraitplusdifficilequeprévuàcintrer.

Lecintrageestuntermegénériquequiinclutcinqtechniques:

1. Lecintrageparenroulement-traction(rotarydrawbending)2. Lecintrageparenroulement-compression(rotarycompressionbending)3. Lecintrageparroulage(rollbending)4. Lecintragesurpresse(rambending)5. Lecintrageparétirement(stretchforming)

Cestechniquessontdécritesetillustréesci-dessous:

1. CINTRAGEPARENROULEMENT-TRACTION(rotarydrawbending)

Description:

A:Lapièceàcintrer,untuberond,estretenuedansunmors(1)quifaitpartieintégrantedel’outildeformerotatif(2).Lemorsestappeléàtirerlapartieprisonnièredutubepourqu’ils’enrouleautourdel’outil.Toutjustederrièresetrouveunsystèmedeguidagefixe,formédessabots(3),(4)quimaintiendrontl’alignementdelapartielibredutubependantl’enroulement.

B:Lecintrages’effectueparlatractiondumors(1)quieffectueunerotationsimultanéeavecl’outildeforme(2),forçantletubeàs’enroulerautourdel’outil.Danslecasoùlaformecirculairedutubedoitêtremaintenue,unmandrinflexible(5)estinsérédansletube,telquemontré.Àdéfaut,letubeaurauneformeovaliséeplusoumoinsprononcéeselonladéformationimposée.

C:Leliensuivantvousdirigeraversunecourtevidéomontrantleprocédéréalisésurunesectioncarrée.

https://www.youtube.com/watch?v=ONA45QCvVZA

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2. CINTRAGEPARENROULEMENT-COMPRESSION(compressionbending)

Description:

Ceprocédéestunevarianteduprécédent,àladifférencequ’ils’agitmaintenantduboutlibredutubequiestenrouléautourdel’outil.Surl’imageci-contre,lemors(1)tientfermementletubesurl’outildeforme(2),etlesabot(3)sedéplacesurunarcdecercle,forçantainsiletubeàs’enroulerautourdel’outil.

https://www.youtube.com/watch?v=BmsicGz2Izw

3. CINTRAGEPARROULAGE(rollbending)

Description:

Leprofiléàcourberestplacésurlesdeuxrouleaux(1)etlerouleau(2)sedéplacepourappliqueruneforceverslebas,cequiapoureffetdedéformerplastiquementleprofilé.Legalet(2)estusinédefaçonàépouserlaformedelapièce.L’opérationpeutsefaireenplusieurspassagesaller-retour,pourgraduellementatteindrelerayondésiré.Uncontrôlenumériquedelapositiondugalet(2)permetdeproduiredesrayonsvariablessurunemêmepièce.

https://www.youtube.com/watch?v=J09E_luT1pM

Dansuneversionplusélaboréed’équipementdecintrage,untubepasseautraversd’unesériedegalets.Ci-contre,lapositiondugalet(2)déterminelerayonfinaldecintrage.Touslesgaletssontusinésselonlaformedutubepourenréduireladéformation.Enchangeantlapositiondugalet(2)encoursdeprocédé,ilestpossibledeproduireunepiècecontinuequipossèderaplusieursrayons.Deplus,unerotationdutubecréeradescourburesentroisdimensions.

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4. CINTRAGESURPRESSE(parpoussée,rambending)

Description:

Ils’agitprobablementdelaplusvieilleméthodedeplier,quiconsisteàdéformerunepièceentredeuxpointsd’appui.Onlaretrouvedanslecintragedetubesdesectionsymétrique,rond,carréetrectangulaire,surtoutenacier,maisàl’occasionavecl’aluminium.L’outillagealaréputationd’êtreéconomique.

www.youtube.com/watch?v=aj8XIvTOLtg

5. CINTRAGEPARÉTIREMENT(stretchbending,stretchforming)

Description:

Lapièceàcintrer,iciuntube,estretenueàsesextrémitéspardeuxmors(1).Letubeestétiréparlesmors,pendantquel’outildeforme(2)s’avancepourdéformerplastiquementletube.L’avantagedecetteméthodeestquel’effortd’étirementpermetd’éliminerlacompressiondelafibresituéeàl’intrados.Ilfaudracependanttenircomptedecetétirementinitialdelafibresituéeàl’extrados,quisubiraunallongementsupplémentairelorsdesadéformationsurl’outildeforme.Lesmorsetl’outildeformesontusinésenfonctiondelasectiondelapièceàétirer-cintrer,d’oùlaversatilitédeceprocédédanslecintragedeprofilésdedifférentesformes.

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Ci-dessous,unprofiléenformedeZestmontrédansundispositifdeformage.Unepiècecintréeestvisiblesurlatable.

Ceprocédéoffrelapossibilitédeformerdespiècesen3D,lorsqu’undéplacementverticalestajoutéauxmorsainsiqu’unoutildeformeprévuàceteffet.

Lesdeuximagesci-contremontrentunconceptd’unsystèmedecintrageparétirementen3D,oùlesmorssedéplacentautrementquedansleplanhorizontal.

https://www.youtube.com/watch?v=lPASKtj3jlA

https://www.youtube.com/watch?v=LoBD0ZLNbpA&t=13s

PièceforméeMors

MorsPièceenformage

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CALCULDURAYONMINIMALDECINTRAGE

Décritsimplementsanssesoucierdesinstabilitésdansuneapprochesimplifiée,leprocédédecintragerevientàétirerl’extradosetàcomprimerl’intrados.Lafibresituéeàl’axeneutredemeureinchangée.Notonsquelescalculsdedéformationsontbaséssurlapositiondel’axeneutreet,quedanslaréalité,cettepositionchangeencoursdeprocédé,d’oùlanécessitédevaliderexpérimentalementlescassévères.

Lafiguresuivanteillustrelestermescourammentutilisés:

Lesparamètresquisontenrelationserévèlent:l’extrados,l’intrados,lediamètreoriginaldutube(Do)qui,danslecasd’unprofiléd’uneautreforme,seraitlahauteurduprofilédansleplandecintrage,lerayonàl’axeneutre(R),ainsiquelerayonàl’intrados(Ri),lequelcorrespondaurayondel’outilutilisé.L’allongementserareprésentéparɛ.

Voicilesprincipalesrelationsrattachéesaucintrage,enneconsidérantquel’aspectgéométrique:

CALCULSDURAYONDECINTRAGEÀL’AXENEUTRE

Lecalculdel’allongementserésumeaurapportdescirconférences,ainsi:

𝐴𝑙𝑙𝑜𝑛𝑔𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 − 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑎𝑥𝑒𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑒

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑎𝑥𝑒𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑒

Lecalculapproximatifdel’allongement(ɛ)d’untubedediamètreDocintréàunrayonàl’axeneutre(R)estobtenupar:

ɛ =𝐷𝑜2 ∗ 𝑅

Extrados

Intrados

Axeneutre

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Cetterelationmetenévidencel’importancedurapportentrelediamètredutube,ouencorelahauteurduprofiléetlerayondecintrageàl’axeneutre.

Quelquesexemplesdel’importancedecerapport:

;<== 2=>ɛ = >

?∗?=>ɛ=0.25ou25%

;<== 10=>ɛ = >

?∗>B=>ɛ=0.05ou5%

;<== 100=>ɛ = >

?∗>BB=>ɛ=0.005ou0.5%

Appliquésàunalliaged’aluminium6061-T6,dontl’allongementàlaruptureestde8%,cesexemplespermettentdedéterminerlerapportlimite:

. 08 = <=?∗;

=> . 16 = <=; => 6.25 = ;

Ainsi,danslecasd’untubed’undiamètrede2pouces,lerayondecintrageminimumàl’axeneutreserade12.5pouces.

CALCULDURAYONDECINTRAGEÀL’INTRADOS

Lerayondecintrageàl’intradosestsouventlavaleurd’intérêt,quecesoitpourledesigneroulecintreurquivoudradéterminerlerayondesonoutil.Lesrelationsmentionnéesprécédemmentpermettentaussibiendecalculerlerayonintérieurensoustrayantlademiehauteurdutubeaurayonàl’axeneutre.Àtitred’informationcomplémentaire,lesrelationsquisuiventutilisentlerayonintérieur(àl’intrados)aulieudurayonàl’axeneutre:

𝐴𝑙𝑙𝑜𝑛𝑔𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =𝐷𝑜

2 ∗ 𝑅𝑖 + 𝐷𝑜

𝑅𝑖𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 =𝐷𝑜2∗1 − 𝐴%𝐴%

- OùA%estl’allongementàlarupturedumatériau.- Source:CQRDA,Feuillardtechnique«Lepliageetlecintragedel’aluminium».

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DÉFORMATIONSDELASECTIONCINTRÉE

Lesdéformationssimultanéesdel’extradosquis’allongeetdel’intradosquisecomprimeontpoureffetdemodifierlasectionduprofilé.

Laphotoci-contredémontrequel’extradostendàsedéformerverslecentre.Danscecas-ci,lerayondecintragen’étaitpassuffisammentpetitpourcauserunedéformationnotabledel’intrados.

Celle-cisepassedecommentaires.Saufsicen’estqu’ildevientévidentquedesméthodesdemaintiendelaformedoiventêtreutilisées.Ilpeuts’agirdesablecompacté,d’unserpentinou,silagéométrieduprofilélepermet,d’unepressiond’air.

Voiciunereprésentationschématiquedesdéformationsauxquellesonpeuts’attendreenfonctiondurapportdurayondecintrageàl’axeneutresurlahauteurduprofilé.Desméthodesdecompensationsontsuggérées.

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VARIATIOND’ÉPAISSEURETDÉPLACEMENTDEL’AXENEUTRE

Lesrelationsétabliesprécédemmentnetenaientcomptequedesparamètresgéométriquesduprofilé,durayondecintrageetdel’allongementàlarupturedumatériau.Danslaréalité,lesdéformationsplastiquesimposéesauprofilépeuventempirerleschoses.

Lafigureci-contremontreuntubeavantetaprèscintrage.LaformeinitialeapparaîtengrisavecsonaxeneutreenpositionO’.Laformefinaleestmontréeenbleu,oùl’étirementacauséunaplatissementdelasectionainsiqu’unamincissementdelaparoi,cequiaeupoureffetdedéplacerl’axeneutreàlapositionO’’.Onpeutconstaterquel’axeneutresedéplaceverslecentredurayondecintrage,quidevientainsipluspetit.L’idéeamenéeiciestque,dupointdevueduconcepteur,ilpeutêtrehasardeuxdes’aventurerdanslaconceptiond’unepiècecintréeavecdesvaleurslimites,àmoinsd’êtreaccompagnéd’uncintreurexpérimentéquipourraconfirmerquel’opérationpeutêtreréalisée.

PROPRIÉTÉSD’ALLONGEMENTÀLARUPTURED’ALLIAGESD’EXTRUSIONCOURANTS

Lecalculd’unrayonminimaldecintragedépend,entreautres,del’allongementàlarupturedumatériau.Nousavonsréunidesvaleursd’allongementàlarupturedesalliages6005A,6061et6063,dansdifférentesconditionsdetrempe.Nousavonsutilisélesbrochurespublicitairesd’Alcoa,deSAPA,d’HydroAluminiumainsiquelesiteMatweb.Ilimportedeconstater:

• quelavaleurd’allongementàlarupturevarieenfonctiondel’épaisseurdel’échantillonutilisépourl’essai;

• quelavaleurdel’allongementpeutêtreminimaleoutypique.

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Enrésumé,ilestimportantdebienchoisirlesdonnéesutilisées.Ilestsouventsuggéréderéaliserdesessaispréalablessurlematériauafind’endéterminerl’allongementàlarupture.

Alliage Épaisseur Allongementàlarupture Note Sources

6005A-T1 jusqu'à.249'' 15% Minimum SAPA6005A-T5 jusqu'à.249'' 7% Minimum SAPA6005A-T61 jusqu'à.249'' 8% Minimum SAPA 6061-O

nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa.0625'' 25% Typique Matweb

6061-T1 nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa

6061-T4 nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa.0625'' 22% Typique Matweb

6061-T6 jusqu'à.249'' 8% Minimum Hydro,SAPA,Alcoa.0625'' 12% Typique Matweb

6063-T1 .0625'' 20% Typique Matweb6063-T4 .0625'' 22% Typique Matweb6063-T5 .0625'' 12% Typique Matweb6063-T6 .0625'' 12% Typique Matweb

Sources:

www.manufacturingguide.com

www.bendtooling.com

CQRDA,Feuillardtechnique#11,Lepliageetlecintragedel’aluminium

Alcoa,Webinairedel’AluminumExtrudersCouncil:ExtrusionBendingandShaping

www.kersteneurope.com(vidéossurplusieurstechniquesdecintrage)

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